變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)（西門子）（微課版）課程標(biāo)準(zhǔn)

課程名稱：變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)課程代碼：02150174課程類型：理實一體化課總學(xué)時：64適用專業(yè)：自動化技術(shù)與應(yīng)用課程負責(zé)人：郭艷萍機械工程與自動化學(xué)院智控教研室（制定時間：2023年5月修訂時間：2023年7月）

編寫：郭艷萍校對：鄭益審核：朱開波課程代碼：02150174課程類型：理實一體化課適用專業(yè)：自動化技術(shù)與應(yīng)用1課程概述課程性質(zhì)本課程是電氣自動化技術(shù)必修的一門專業(yè)核心課程，是在學(xué)習(xí)了《電機拖動與控制技術(shù)》、《電力電子技術(shù)》和《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程、具備了電氣控制、逆變電路和PLC編程能力的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門理實一體課程，其功能是對接專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，面向變頻調(diào)速及伺服運動控制崗位以及新職業(yè)“智能制造工程技術(shù)人員”工作崗位，通過對變頻器、步進驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器的工作原理、參數(shù)設(shè)置、運行操作以及運動控制系統(tǒng)設(shè)計與選型、編程及調(diào)試等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)德技并修，能對調(diào)速和伺服設(shè)備、生產(chǎn)線進行設(shè)計、安裝、調(diào)試、運維和管理的能力，為后續(xù)《智能產(chǎn)線控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計》和《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》等課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課程定位本課程對接的工作崗位是自動控制設(shè)備或智能產(chǎn)線的調(diào)速及運動控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試、運維和管理，通過學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對變頻及伺服控制技術(shù)專業(yè)知識和專業(yè)技能的認識與理解，使學(xué)生具備掌握變頻調(diào)速、步進和伺服控制系統(tǒng)的基本專業(yè)技能，也是后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計及頂崗實習(xí)的重要支撐課程。2課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握變頻調(diào)速、步進和伺服控制應(yīng)用方面的基本知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)、安全意識和工匠精神；畢業(yè)后能結(jié)合企業(yè)實際應(yīng)用，勝任自動化類行業(yè)的專業(yè)技術(shù)崗位工作，并具有誠實、守信的良好職業(yè)道德；同時也為中、高級電工職業(yè)技能資格證書、電氣助理工程師資格證書的考核起到良好的支撐作用。具體目標(biāo)如下：（1）素質(zhì)目標(biāo)①踐行“勞動光榮、技能寶貴”的社會主義核心價值觀，厚植愛國情懷和民族自豪感。牢固樹立四個自信。②養(yǎng)成誠實守信、愛崗敬業(yè)、團結(jié)協(xié)作、吃苦耐勞的職業(yè)精神與創(chuàng)新設(shè)計意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。③具有質(zhì)量意識、標(biāo)準(zhǔn)意識、安全意識、環(huán)保意識、創(chuàng)新思維。④培養(yǎng)學(xué)生信息查詢、收集與整理的能力，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；⑤培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)、獲取新知識并具有終身學(xué)習(xí)與專業(yè)發(fā)展能力；⑥培養(yǎng)學(xué)生方案設(shè)計與評估決策能力，養(yǎng)成良好的交往與溝通表達能力和良好的團隊合作精神。（2）知識目標(biāo)①掌握變頻器功率模塊、控制單元的接線圖和操作面板的功能；學(xué)會使用Startdrive軟件調(diào)試變頻器；掌握變頻器常用功能及參數(shù)設(shè)置；②學(xué)會用PLC控制變頻器端子及通信控制的系統(tǒng)構(gòu)建、硬件接線圖和簡單程序設(shè)計；③了解步進電機、伺服電機的結(jié)構(gòu)及工作原理；掌握步進驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器的端子功能及參數(shù)設(shè)置；學(xué)會利用PLC的運動控制功能進行工藝組態(tài)、控制面板調(diào)試，掌握運動控制指令并能編寫簡單單軸控制和雙軸控制的PLC程序。④學(xué)會利用PLC構(gòu)建小型伺服控制系統(tǒng)的硬件接線、編程及系統(tǒng)調(diào)試。（3）技能目標(biāo)①能夠查找變頻器及伺服驅(qū)動器使用手冊并對變頻器和伺服驅(qū)動器進行操作；②能夠使用Satartdrive軟件進行變頻器的參數(shù)預(yù)置和基本運行操作方式的設(shè)置；③能夠使用變頻器和PLC構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)并能夠進行系統(tǒng)的安裝和調(diào)試，故障排除；④能夠使用步進和伺服電機構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)并進行安裝、調(diào)試、故障排除。3課程實施和建議3.1課程內(nèi)容和要求本課程是以電氣自動化技術(shù)學(xué)生的就業(yè)為導(dǎo)向，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案中培養(yǎng)目標(biāo)、人才規(guī)格要求、中高級電工職業(yè)資格等級標(biāo)準(zhǔn)以及職教本科學(xué)生的認知特點等方面的要求，以變頻器、步進驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器使用和設(shè)計過程涉及到的專業(yè)知識學(xué)習(xí)單元為課程主線，以變頻調(diào)速及運動控制系統(tǒng)實際崗位職業(yè)能力為依據(jù)，以西門子G120變頻器和V90伺服驅(qū)動器為平臺，結(jié)合典型的工作任務(wù)，以“項目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動”的行動導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)過程，以突出課程的職業(yè)性、實踐性和開放性為前提，采用由簡單到復(fù)雜、由單軸到雙軸的循序漸進的典型學(xué)習(xí)工作任務(wù)來展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。同時根據(jù)學(xué)生的認知特點，結(jié)合職業(yè)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以工作過程為主線，將陳述性知識與過程性知識整和、理論知識與實踐知識整和，科學(xué)設(shè)計學(xué)習(xí)型工作任務(wù)，以企業(yè)真實化工作任務(wù)為載體，由簡單到復(fù)雜整合、序化課程內(nèi)容。課程項目學(xué)時分配詳見表1，教學(xué)內(nèi)容要求見表2。項目1變頻器的運行與常用功能81018項目2變頻器與PLC在工程中的典型應(yīng)用8816項目3步進控制系統(tǒng)的應(yīng)用6410項目4伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用101020小計323264素質(zhì)目標(biāo)知識目標(biāo)技能目標(biāo)教學(xué)活動項目任務(wù)項目1變頻器的運行與常用功能任務(wù)1.1認識變頻器1.厚植愛國精神和民族自豪感。2.培養(yǎng)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)意識和規(guī)范意識。3.能在西門子官網(wǎng)查詢變頻器的使用手冊。4.能使用手冊查詢變頻器的控制單元和功率模塊信息。5.能借助手冊查找問題并解決問題。6.能進行任務(wù)的方案設(shè)計與評估決策，能對設(shè)計內(nèi)容進行較為全面的比較、概括和闡釋。1.了解三相異步電動機的調(diào)速方法。2.了解變頻器的結(jié)構(gòu)。3.掌握變頻調(diào)速原理?！铩?.掌握變頻器的控制單元和功率模塊的分類及接線圖?！?.能分析變頻器的工作原理?！铩?.會拆裝變頻器；3.能根據(jù)控制要求選擇控制單元和功率模塊的型號?！锝Y(jié)合變頻器實物進行講授任務(wù)1.2BOP-2操作面板控制變頻器運行1.了解變頻器常用參數(shù)的功能。2.掌握變頻器快速調(diào)試步驟?！?.能用BOP-2操作面板修改參數(shù)。2.能用BOP-2操作面板控制變頻器正反轉(zhuǎn)運行?！锝處熝菔?，學(xué)生模仿訓(xùn)練任務(wù)1.3模擬量給定調(diào)節(jié)變頻器的速度1.了解G120變頻器的BICO功能?！?.掌握變頻器輸入輸出端子的功能?！?.學(xué)會預(yù)定義接口宏的接線及參數(shù)設(shè)置?！?.能用Startdrive軟件調(diào)試變頻器?！?.能對模擬量給定調(diào)節(jié)變頻器速度進行安裝與調(diào)試。教師引導(dǎo)，布置任務(wù)，學(xué)生訓(xùn)練任務(wù)1.4電動電位器給定調(diào)節(jié)變頻器的速度1.掌握升降速端子功能的接線圖和參數(shù)設(shè)置。1.學(xué)會使用升降速端子功能實現(xiàn)水泵的恒壓供水控制。教師布置任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)進行咨詢、決策、安裝和調(diào)試任務(wù)1.5固定轉(zhuǎn)速給定調(diào)節(jié)變頻器的速度1.了解G120變頻器多段速控制的兩種方法。2.學(xué)會變頻器多段速控制宏命令的接線圖和參數(shù)設(shè)置?！铩?.能進行變頻器多段速控制的參數(shù)設(shè)置?！?.能使用Startdrive軟件對多段速功能進行軟件調(diào)試?！锝處熓痉叮瑢W(xué)生模仿項目2變頻器與PLC在工程中的典型應(yīng)用任務(wù)2.1離心機多段速變頻控制1.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認真、注重細節(jié)的工匠精神。2.培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識，踐行綠色發(fā)展觀。3.能讀懂變頻器的使用手冊。4.能借助變頻器手冊的報警代碼和故障代碼解決實際問題。5.能進行任務(wù)的方案設(shè)計與評估決策，能對設(shè)計內(nèi)容進行較為全面的比較、概括和闡釋。6.培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并具有終身學(xué)習(xí)與專業(yè)發(fā)展能力。1.掌握變頻器與PLC的連接方式。2.掌握離心機的硬件電路和軟件編程?！?.學(xué)會離心機多段速變頻控制的安裝與調(diào)試方法?！铩鼋處熤v授，學(xué)生訓(xùn)練任務(wù)2.2驗布機本地/遠程無級調(diào)速切換控制1.了解S7-1200PLC模擬量模塊的特點及接線。2.掌握PLC模擬量模塊控制變頻器的程序編寫方法?！?.能完成驗布機硬件電路的安裝并能調(diào)試程序?！鼋處熓痉?，學(xué)生模仿訓(xùn)練任務(wù)2.3變頻器的通信1.了解G120變頻器通信接口的特點及接線。2.掌握G120變頻器的報文類型及結(jié)構(gòu)?！铩?.會編寫G120變頻器的通信程序?！?.學(xué)會S7-1200PLC與G120變頻器的PROFINET通信系統(tǒng)的構(gòu)建和調(diào)試?！鼋處熤v授、演示，學(xué)生模仿訓(xùn)練項目3步進控制系統(tǒng)的應(yīng)用任務(wù)3.1單軸步進電機的控制1.繼承和發(fā)展馬克思主義的實踐觀；2.遵守職業(yè)規(guī)范，具有良好的專業(yè)精神、職業(yè)精神和工匠精神。3.能讀懂步進驅(qū)動器的使用手冊。4.能借助步進驅(qū)動器手冊的報警代碼和故障代碼解決實際問題。5.能進行任務(wù)的方案設(shè)計與評估決策，能對設(shè)計內(nèi)容進行較為全面的比較、概括和闡釋。6.培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并具有終身學(xué)習(xí)與專業(yè)發(fā)展能力。1.了解步進電機的工作原理；2.掌握步進驅(qū)動器的端子功能；★3.學(xué)會設(shè)置步進驅(qū)動器的工作電流（動態(tài)電流）、細分精度和靜態(tài)電流；4.掌握PLC控制步進電機的硬件接線圖；★5.能夠構(gòu)建S7-1200PLC的運動控制系統(tǒng)并能組態(tài)運動軸，編寫運動控制程序?！铩?.學(xué)會步進電機和步進驅(qū)動器的選型；2.能使用軸控制面板調(diào)試運動軸；★3.能用PLCOpen標(biāo)準(zhǔn)程序塊編寫單軸步進電機的控制程序并進行調(diào)試?！铩鼋處熤v授、示范，學(xué)生模仿訓(xùn)練任務(wù)3.2雙軸行走機械手的控制1.掌握PLC控制雙軸步進電機的硬件接線圖；2.能用運動控制指令編寫雙軸步進電機的控制程序。★■1.能夠構(gòu)建S7-1200PLC的雙軸運動控制系統(tǒng)并進行調(diào)試。■教師講授、示范，學(xué)生模仿訓(xùn)練項目4伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用任務(wù)4.1伺服控制系統(tǒng)的認識1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。2.能讀懂伺服驅(qū)動器的使用手冊。3.能借助伺服驅(qū)動器手冊的報警代碼和故障代碼解決實際問題。4.能進行任務(wù)的方案設(shè)計與評估決策，能對設(shè)計內(nèi)容進行較為全面的比較、概括和闡釋。5.培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并具有終身學(xué)習(xí)與專業(yè)發(fā)展能力。1.了解伺服電機的結(jié)構(gòu)及工作原理；2.理解伺服驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制原理；3.掌握V90伺服控制系統(tǒng)的配置；4.理解V90PTI伺服驅(qū)動器和V90PN版伺服驅(qū)動器的異同。5.掌握V90伺服驅(qū)動器的接線方式?！?.掌握V90伺服驅(qū)動器輸入輸出引腳的功能。★1.能進行伺服電機和伺服驅(qū)動器的選型；2.能說出伺服驅(qū)動器關(guān)鍵引腳的功能?！锝處熤v授、示范，學(xué)生模仿訓(xùn)練任務(wù)4.2V90PTI伺服驅(qū)動器的應(yīng)用1.能用V-ASSISTANT軟件調(diào)試V90伺服驅(qū)動器；2.掌握V90PTI版伺服驅(qū)動器的位置控制和速度控制的接線、參數(shù)設(shè)置?！?.能用S7-1200PLC進行工藝對象組態(tài)并用通過PLCOpen標(biāo)準(zhǔn)程序塊編寫PTI伺服驅(qū)動器的控制程序并進行調(diào)試?！?.會進行PLC與V90PTI伺服驅(qū)動器的位置控制和速度控制的接線；★2.會構(gòu)建簡單的伺服控制系統(tǒng)并能安裝和調(diào)試?！鼋處熤v授、示范，學(xué)生模仿訓(xùn)練3.2教學(xué)方法和教學(xué)手段1）加強對學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)，強化項目教學(xué)，注重以工作任務(wù)為導(dǎo)向型項目激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生在項目活動中了解變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)工作領(lǐng)域與工作過程。2）以學(xué)生為本，注重“教”與“學(xué)”的互動，融“教學(xué)做”于一體。通過選用典型案例應(yīng)用項目，由教師進行操作性示范，并組織學(xué)生進行實際操作活動，讓學(xué)生在項目任務(wù)實施教學(xué)活動中明確學(xué)習(xí)領(lǐng)域的知識點，并掌握本課程的核心專業(yè)技能。3）在教學(xué)過程中，要創(chuàng)設(shè)工作情景，同時應(yīng)加大實踐實操的容量，要緊密結(jié)合職業(yè)技能，實操項目的訓(xùn)練，提高學(xué)生的崗位適應(yīng)能力。4）注重課程項目的積累與開發(fā)，以在線開放課程、項目分析、在線答疑等方法提高學(xué)生分析和解決生產(chǎn)問題的專業(yè)技能。5）在教學(xué)過程中，要強調(diào)校企合作、工學(xué)結(jié)合，要重視本專業(yè)領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備發(fā)展趨勢，貼近生產(chǎn)現(xiàn)場。為學(xué)生提供職業(yè)生涯發(fā)展的空間，努力培養(yǎng)學(xué)生參與社會實踐的創(chuàng)新精神和職業(yè)能力。6）教學(xué)過程中教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生提升職業(yè)素養(yǎng)，提高職業(yè)道德。注重推進專業(yè)課程思政改革，深化工匠職業(yè)素養(yǎng)教育。3.3教學(xué)評價（1）考核要求（課程考核應(yīng)符合有關(guān)管理規(guī)定，具體要求如表3）①課程評價采用過程考核與期末終結(jié)性鑒定相結(jié)合的鑒定方式、采用線上評價與線下評價，理論評價與實操評價的方式進行。②工作過程與任務(wù)評價相結(jié)合，定性評價與定量評價相結(jié)合，加強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的考核，注重理解與分析能力的提高與培養(yǎng)。③加大對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價與控制，教學(xué)中按工作任務(wù)評分，設(shè)計各環(huán)節(jié)的考核標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的考核表格，形成對工程素質(zhì)、實踐技能、職業(yè)能力等綜合評價體系。④課程結(jié)束后進行綜合評價，通過項目分析與講解、成果分享與展示等手段，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造力，考核學(xué)生所擁有的綜合職業(yè)能力及水平。本課程按照百分制進行考核，考核主要包括過程考核和期末考核兩大方面，過程考核占50%，期末考核占50%。①過程考核包括學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)水平和實踐動手能力三個方面。學(xué)習(xí)態(tài)度——學(xué)生學(xué)習(xí)紀(jì)律與態(tài)度、學(xué)習(xí)活動中參與的積極性、學(xué)習(xí)交流與團隊協(xié)作能力占10%。采用課堂學(xué)習(xí)活動評比、學(xué)習(xí)效果自評、互評、問卷調(diào)查等形式，主要由學(xué)生與學(xué)生團隊給予評價。學(xué)習(xí)水平——教學(xué)各單元模塊知識結(jié)構(gòu)與技能的訓(xùn)練占20%。以各學(xué)習(xí)單元的理論與實踐項目活動鑒定為依據(jù)進行考核，主要由教師與學(xué)生團隊給予評價。實踐動手能力——項目綜合訓(xùn)練、創(chuàng)新能力占20%。以綜合項目設(shè)計內(nèi)容（1個）為依據(jù)進行綜合項目考核，對查閱與應(yīng)用設(shè)計手冊、掌握設(shè)計軟件能力以及創(chuàng)新設(shè)計能力進行評定，主要由教師與學(xué)生團隊給予評價。②期末考核以試卷、課程總結(jié)報告或課程綜合能力考核等形式進行評定，試卷占30%,課程總結(jié)報告或課程綜合能力考核占20%。其中，課程綜合能力考核以綜合項目設(shè)計內(nèi)容（1個）為依據(jù)，以課題答辯方式進行，主要由教師給予評價。學(xué)生成績的認定，包括2個方面，一是平時過程性考核50%，滿分50分；二是按照課程考核標(biāo)準(zhǔn)進行的期未考核，滿分50分。兩項分之和，即為學(xué)生最終成績。表3《變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)》課程考核要求考核類別補考考核要求平時表現(xiàn)20%（考勤、作業(yè)、實驗（踐）等）+任務(wù)考核30%。選擇理論閉卷考試方式，其中，變頻器基本知識考核7分，變頻器功能設(shè)置、PLC與變頻器的綜合應(yīng)用15分、步進和伺服控制系統(tǒng)25分、課程思政，工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)考核3分建議課程任課教師平時成績均采用線上課程平臺考核，課程考核內(nèi)容可參照考核標(biāo)準(zhǔn)要求實施考核，注意做好學(xué)習(xí)過程、到課情況、平時作業(yè)、實驗（踐）情況、考核情況的相關(guān)記錄，作為學(xué)生最終評定成績的明確依據(jù)，并與成績冊一同形成成績檔案保存。1）按照《職業(yè)教育教材管理辦法》，選用的教材要符合職教本科教學(xué)的要求，盡量選用近三年出版的教育部規(guī)劃教材。2）搭建產(chǎn)學(xué)合作平臺，充分利用合作企業(yè)資源，組織由主講教師與企業(yè)專家技術(shù)骨干組成的教學(xué)團隊編寫工學(xué)結(jié)合的教材。1）智慧職教《變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)》在線課程平臺（智慧職教MOOC學(xué)院-變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)()）。2）充分認識信息技術(shù)與學(xué)科的整合，積極使用國家職業(yè)教育智慧教育平臺在線課程資源、國家專業(yè)教學(xué)資源